A Common Rail Dízel Befecskendező Rendszer Működése és Kódolása
A dízelmotorok fejlődése során az üzemanyag-befecskendezési technológiák kulcsszerepet játszottak a hatékonyság növelésében és a károsanyag-kibocsátás csökkentésében. Az egyik legfontosabb mérföldkő ezen a téren a Common Rail (közös nyomócsöves) rendszer megjelenése volt, mely alapjaiban változtatta meg a dízeltechnológiát.
A FIAT a kilencvenes évek közepén fejlesztette ki az első common-rail, azaz közös nyomócsöves dízelmotort. Az első common rail rendszerrel ellátott motor az utakon először 1997-ben jelent meg, az Alfa Romeo 156 1,9 JTD illetve 2,4 JTD típusaiban (Bosch EDC 15). Közvetlenül ezután jött ki a BMW 530 D illetve 730 D, szintén Bosch eredetű közös nyomócsöves (nyomásterű) rendszerrel. Abban, hogy a common rail mára egy ennyire sikeres rendszerré vált, meghatározó szerepe van a "Dízelpápának", hazánk fiának, dr. Anisits Ferencnek.
A Common Rail befecskendező rendszer működési elve rendszere a dízel üzemanyag nyomásának előállítását és a befecskendezést szétválasztja. Ez a megközelítés lehetővé teszi, hogy a befecskendezési nyomás a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől függetlenül hozható létre. Ennek köszönhetően a common rail dízelek hatékonyabbak, csendesebbek és tisztábbak lettek.
A Common Rail Rendszer Működési Elve
A Common Rail nyomástárolós befecskendező rendszer esetében a nyomás előállítása és a befecskendezés szét vannak választva. A befecskendezési nyomás a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől függetlenül hozható létre. Az elektronikus dízel szabályozás (EDC) az egyes részegységeket külön-külön hajtja meg.
Nyomás Előállítás
A nyomás előállítását és a befecskendezést egy tároló térfogat segítségével lehet megvalósítani. A nyomás alá helyezett tüzelőanyag a common rail rendszer nyomástárolójában várja a befecskendezés pillanatát. A kívánt befecskendezési nyomást egy a dízelmotorról hajtott, folyamatosan üzemelő nagynyomású szivattyú állítja elő. Ez a rail-ben kialakuló nyomást a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől teljesen függetlenül adott értéken tartja. A hozzávetőleg állandó hozamú szállításnak köszönhetően a nagynyomású szivattyú mérete és a hajtó nyomatéka is lényegesen kisebb lehet, mint az a hagyományos befecskendező rendszerek esetében szokásos. Ennek következményeként a szivattyú hajtása is kisebb terhelésnek van kitéve. A nagynyomású szivattyú általában radiál dugattyús kialakítású, a haszongépjárműveknél egyes esetekben soros szivattyút találunk.
Használt injektor alkatrészek előnyei és hátrányai
Nyomásszabályozás
Az adott rendszertől függően különféle nyomásszabályozási eljárásokat alkalmaznak a common rail rendszerekben.
Szabályozás a Nagynyomású Oldalon
A személygépkocsi-rendszereknél a kívánt rail-nyomást egy nyomásszabályozó-szelep a nagy nyomás oldalán állítja be. A fölösleges tüzelőanyag mennyiség a nyomásszabályozó-szelepen keresztül visszafolyik az alacsony nyomású körbe. Ez a szabályozási megoldás a rail-nyomás gyors módosítását teszi lehetővé a motor munkapont váltása (pl: terhelésváltozás) esetén. Az első common rail rendszereknél a nagynyomású oldali szabályzást alkalmazták. A nyomásszabályzó-szelep ezekben az esetekben többnyire a railen van elhelyezve, egyes alkalmazásoknál közvetlenül a nagynyomású szivattyúra szerelik.
Betáplálás Oldali Mennyiségszabályozás
A rail-nyomás szabályzásának egy másik módszerénél a betáplálási oldalon végeznek mennyiségszabályzást. A nagynyomású szivattyúra rögzített mennyiségszabályozó egység feladata, hogy a szivattyú pontosan annyi tüzelő anyagot szállítson az elosztócsőbe, amennyivel a rendszer az előírt befecskendezési nyomást tudja fenntartani. Meghibásodás esetén egy nyomáskorlátozó szelep akadályozza meg a túlságosan nagy rail-nyomás kialakulását. A szívóoldalon megvalósított mennyiségszabályozással kevesebb tüzelőanyagot kell nagy nyomásra sűríteni, ezáltal a szivattyú teljesítményfelvétele is kisebb. Ennek pozitív hatása van a tüzelőanyag-fogyasztásra. Az eljárás további kedvező hatása, hogy a tartályba visszafolyó tüzelőanyag hőmérséklete alacsonyabb, mint a nagy nyomás oldalán végzett szabályzás esetében.
Két Szabályzóelemes Rendszer
A két szabályzóelemes rendszer az adagoló egységgel megvalósított szívóoldali nyomásszabályozást és a nyomásszabályzó-szeleppel végzett nagy nyomású szabályzást kombinálva egyesíti a két rendszer előnyeit.
Befecskendezés
Az injektorok a tüzelőanyagot közvetlenül a motor égésterébe fecskendezi be. Az injektorok a rail-ből kapnak nagy nyomású tápellátást, rövid tüzelőanyag-csöveken keresztül. A motor-vezérlőegység az injektorba integrált szelepet vezérli, aminek hatására a befecskendező fúvóka nyit és zár. A hengerbe jutó tüzelőanyag-mennyiséget a rendszernyomás és az injektor nyitási ideje határozza meg. Állandó nyomáson a mennyiség a kapcsolószelep bekapcsolási idejével arányos, ezáltal a motor, illetve a szivattyú fordulatszámától független (idővezérelt befecskendezés).
Túlfolyó működése dízelmotorokban
A nyomás előállítás és a befecskendezés szétválasztása még nagyobb szabadságot ad a rendszernek az égési folyamat kialakításában: a befecskendezési nyomást a jellegmezőben tetszőlegesen lehet megválasztani. A maximális befecskendezési nyomás jelenleg 1600 bar, a jövőben 1800 bar lesz. A common rail rendszer az előbefecskendezés, illetve a többszörös befecskendezés alkalmazásának köszönhetően lehetővé teszi, hogy tovább lehessen csökkenteni az emissziós értékeket, valamint lényegesen mérsékelhető az égés zajszintje. A rendkívül gyors működésű kapcsolószelepek többszörös vezérlésével egyetlen munkaciklus során akár öt részre bontott befecskendezés gyors befejezését biztosítja.
Common Rail Diesel befecskendező rendszer működése
Az Injektorok Fejlődése és Működése
A befecskendező szelepek (injektorok, porlasztók) az elmúlt - viszonylag rövid - idő alatt jelentős fejlődésen mentek keresztül. A common rail megjelenésekor kizárólag mágnestekercs működtetésű injektorok léteztek, de alapjaiban más működési módon működtek, mint amit az Otto-motorok esetén megszoktunk. Az itt előforduló extrém magas nyomások miatt a hagyományos működtetésű szelepek nem jöhetnek számításba, ezért egy bonyolult szerkezetű, hidraulikus szervórendszert is tartalmazó befecskendező szelepet dolgozott ki a Bosch. Az elektromágneses befecskendezők esetén zárt helyzetben a vezérlőkamra rail-nyomáson van, mivel az elektromágnes aktuátor által mozgatott szervo-szelep lezárja annak eleresztő csatornáját. A befecskendezés kezdetén az aktuátor kinyitja a vezérlőkamra eleresztő csatornáját, a vezérlőkamra nyomása csökken és a felboruló erő egyensúly miatt a fúvókatű kinyit és elkezdődik a befecskendezés. Ez addig tart, amíg az aktuátor ismét le nem zárja az eleresztő csatornát, ekkor elkezd nőni a nyomás a vezérlőkamrában és zár a befecskendező szelep.
Alig néhány év után már megjelent a befecskendező szelepek újabb generációja, a jóval gyorsabb működésű, piezoelektromos vezérlésű. Az első piezo befecskendező szelepek 2000-ben kerültek gyártásba. Mivel ezek jóval gyorsabbak, mint a mágnestekercses porlasztók, lehetővé vált a többszakaszos befecskendezés megvalósítása, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy egy befecskendezési ciklus akár öt szakaszból is állhat (egy, vagy két előbefecskendezés, egy főbefecskendezés, egy, vagy két utóbefecskendezés). A piezo kristályrétegek sajátosságai miatt az injektorok vezérlése ez esetben összetettebb feladat, mint hagyományos szelepeknél.
A piezo aktuátoros porlasztóknál alkalmazott úgynevezett 2/3-as szervo-szelep segítségével a befecskendezést megelőzően a fúvókát a vezérlőkamrában uralkodó rail-nyomás zárva tartja. A működtető elem vezérlésével kinyit a szervo-szelep és lezárja a megkerülő furatot. A kilépő- és a belépő fojtófuratok átfolyási mennyiségei közötti különbség hatására lecsökken a nyomás a vezérlő kamrában, a fúvóka pedig kinyit. A zárási folyamat bevezetéséhez a szervo-szelep újra kinyitja a megkerülő csatornát. A bemenő és a kilépő fojtásokon való fordított áramlással a vezérlőkamra újra feltöltődik, a vezérlőkamrában pedig megnő a nyomás. A piezo aktuátoros porlasztók kiegészülnek egy un. hidraulikus csatolóval.
A mindennapokban nem mindig örömteli esemény egy-egy CR befecskendező szelep kiszerelése, gyakran szinte megoldhatatlannak tűnő feladatot jelent, a szelepek nemegyszer több tonna (!) húzóerő hatására mozdulnak meg. A problémát felismerve vállalkozások (pl: Pichler) álltak rá speciális célszerszámok gyártására, de még ezek megléte esetén is előfordul, hogy jól megszokott helyét a befecskendező szelep csak a hengerfej egy darabjával együtt hajlandó elhagyni, nem kis kárt okozva ezzel.
Befecskendező rendszer problémái
A Common Rail Injektor Kódolás Jelentősége és Szükségessége
A common rail injektorok a mai dízelmotorok alkatrészei közül igazi finommechanikai alkatrészek, melyek illesztése néhány mikron. A sorozatgyártásban betartott szigorú illesztés mellett is van különbség az egyedi gázolaj átáramlási jellemzők között. Ennek nemcsak szerkezetgeometriai okai vannak, hanem a beavatkozó (elektromágnes vagy piezo) saját jellemzői is. Ezt elektronikus „illesztéssel” - kódolással - kell korrigálni. A CR injektoroknál a meghatározó méretek mikronban mérendőek, viszont ebben a mérettartományban a gyártási pontosság még nem tud 100%-os eredményességgel dolgozni. Vagyis minden egyes injektor eredendően más és más mennyiséget fog szállítani a pontatlanság miatt.
Az injektorok kódolása alapvető fontosságú a common rail (CR) rendszerek esetében, mivel minden injektor egyedi kóddal rendelkezik, amely a működési jellemzőit tartalmazza. Ez a kód viszont tartalmazza a porlasztó olyan sajátosságait, amit az ECU a működés során figyelembe vesz. Az injektor egyedi vezérlő jelét (inputját) kell úgy meghatározni, hogy a kívánt dózist szállítsa az injektor. Az injektor egyedi kód az ECU (motorvezérlő) számára összetett információ, azt mutatja, hogy a névleges vezérlési értéktől - villamos vezérlőjeltől - mennyivel térjen el a működési jellegmező résztartományaiban azért, hogy az injektor az alapadatnak, a „kell” értéknek megfelelően szállítson. A kóddal történő illesztés révén az egyes injektorok szállítása kiegyenlítődik, így a hengerek üzeme azonossá, a motorjárás egyenletessé válik.
A Kódolás Folyamata és Típusai
A gyártó elvégzi az új injektoroknál a kódolást, a dízel-szakműhely pedig az injektor felújítása után. Amikor az injektort megbontják, porlasztócsúcsot vagy egyéb alkatrészt cserélnek benne és beállítják, feltétlenül szükséges új kód generálása.
A kódoláshoz szükséges információk nem egy önálló próbapadi injektormérésből származnak, hanem az injektor valamennyi szállítási, tömítettségi tulajdonságát felmérő, komplex méréssorozatból. Az állapotvizsgálat injektorpróbapadon (régen adagoló-próbapadnak mondtuk) teljesen automatikusan fut le, akár több óráig is tart a vizsgálat. Ennek eredményét egy állapotlapon összegezve kapjuk meg, melyen a kód is szerepel. Az lehet, hogy megtartja a régi kódot, többnyire azonban újat kap. Nincs kizárva, hogy a próbapad szoftvere megállapítja a teszt alapján, hogy az injektor már olyan rossz műszaki állapotban van, hogy kódot nem kaphat.
Örök érvényű-e a kód? Nem, mert az injektor tulajdonságai a használattal - kopással, belső lerakódásokkal, az elektromos egység fáradásával - megváltoznak. Vannak rendszerek, melyek képesek a változásokat észlelni és a kódolást automatikusan módosítani. Ezek az ún. adaptív rendszerek. Ha nem ilyen a rendszer, akkor talán igen, de erre a luxuskiadásra nem lehet és talán nem is kell rávenni a dízelautó tulajdonosát.
Bosch Injektor Kódolás
A Bosch CR-injektorokat kezdetben osztályba sorolták. Az osztályba sorolás az ún. emissziós munkapontban adta a szállításkorrekciót, tehát itt hozták azonos befecskendezési értékre az egyes injektorokat. A próbapadi vizsgálatok után kapott kód a lehetséges három osztály egyikébe rendelhette az injektort. Az osztályazonosító jel lehet 1-2-3 vagy ABC vagy XYZ.
Ahogy fejlődött a technika, a korrekció finomsága is egyre jobb lett. Megjelent az IMA kód vagy IMA jelzés. Az IMA a német - Injektor Mengen Abgleich rövidítése, injektor mennyiségi kiegyenlítésnek, összehangolásnak fordíthatjuk. Angol nyelvű megfelelője az IQA (Injector Quantity Adjustment). Példaként néhány alfanumerikus IMA kód, melyet a Bosch próbapad adott CRI2.2 injektorokhoz: 8TSUBA3, ABRIDA7, DU2WMWB, DV2LKSC. A karakterszám függ, hogy a motor melyik EURO emissziós generációhoz tartozik.
A piezoinjektor kódja szintén 7 karakterből áll. Az első 6 karakter az IQA (IMA), az utolsó, a hetedik, mely mindig betű, az IVA (ISA) kód, mely a feszültségillesztésre utal. Ez alapján az „agy” a feszültséget 4 voltos lépcsőkben növeli. Az IVA az angol Injector Voltage Adjustment rövidítése, német megfelelője az ISA - Injektor Spannung Abgleich.
Bosch injektorok ún. harmadik lépcsős javítása (alkatrészcsere és beállítás) lehetővé teszi, hogy a beállítást a megengedett tűrési mezőn belül eltolják, és ezek után újramérve az injektorpróbapad - az esetek többségében - már tud kódot adni. Érzékelhető, hogy mindez sok időt, főleg drága próbapadi időt igényel, tehát nem olcsó művelet, mely közelítheti az új injektor árát. Bosch CR-injektorok méréséhez az EPS708 vagy EPS815 típusú padok alkalmasak EPS945 rendszerszoftverrel.
Delphi Injektor Kódolás
Természetesen a Delphi injektoroknak is van kódja, illetve alkatrészcserés javítás után újra kell az injektort kódolni. A Hartridge CRi-PC próbapad alkalmas gyári technológiával a vizsgálatra és annak eredményeként a kód megadására.
A Delphi először a C2I injektorkódot vezette be, ez 16 karakterű, hexadecimális. A korrekcióval a befecskendezési karakterisztikákat egy paraméterben, az adott karakterisztika meredekségében módosítják. A Delphi később bevezette a C3I már 20 karakterű, alfanumerikus kódot. A korrekcióval a befecskendezési karakterisztikákat három szakaszra bontva a szakaszmeredekséget módosítják.
A C2I a Correction Individual Injector (egyedi injektor korrekció) rövidítése, a C3I pedig a Correction Improved Individual Injector, azaz a tökéletesített egyedi injektor korrekciót jelöli. Az alábbi táblázat összefoglalja a Bosch és Delphi kódolási rendszerek főbb jellemzőit:
| Gyártó | Kód típus | Karakterszám | Leírás | Korrekció |
|---|---|---|---|---|
| Bosch | Osztályba sorolás | 1-3 (pl. 1, 2, 3) | Korai rendszerek, emissziós munkapont korrekciója | Egy ponton |
| Bosch | IMA / IQA | Változó (pl. 7-8) | Injektor mennyiségi kiegyenlítés | Jellegmező résztartományai |
| Bosch | IVA / ISA | 1 (betű) | Injektor feszültségillesztés (piezo injektoroknál) | Feszültség (4V lépcsőkben) |
| Delphi | C2I | 16 (hexadecimális) | Egyedi injektor korrekció | Befecskendezési karakterisztika meredeksége |
| Delphi | C3I | 20 (alfanumerikus) | Tökéletesített egyedi injektor korrekció | Befecskendezési karakterisztika három szakaszban |
A Delphi diagramon mutatja be a korrekció eredményét. A diagramok a befecskendezett mennyiséget mg/löket mértékegyen, 1600 bar railnyomáson, a befecskendezési idő függvényében mutatják. A gyártási szórásból eredő szállításkülönbségek a C2I korrekcióval csökkennek, a C3I korrekcióval pedig gyakorlatilag 1 mg/löket alá esnek.
Gyakorlati Tanácsok és A Kódolás Hatása
Mivel a korszerű rendszerek adaptívak, az alapkód adta műszaki korrekciós adatok a motorműködés közben módosulnak. Ha tehát az IMA, vagy az IMA-ISA, vagy a C2I, C3I kódot változtatni kell, újat beírni az ECU-ba, akkor vagy az új kód eleve törli az adaptív memóriát, vagy azt külön kell törölni. Kódbevitel injektor- vagy ECU-cserénél szükséges. Ha egy injektor üzemben van, akkor ne töröljük az adaptív memóriát!
Fontos odafigyelni a hengerazonosításra is. Még soros motornál is meg kell nézni a dokumentációt, hogy vajon a váltó, vagy a másik végen van-e az egyes henger. Másik probléma, hogy a motorra ragasztott címkén az injektorkódok fizikai hengersorrendben vannak-e feltüntetve vagy gyújtási sorrendnek megfelelően. A címke szerinti első kód az 1. hengeré, hengerszámozás a váltó felől. A felső sor második kódja a gyújtási sorrendnek megfelelő 3. henger injektoráé. A Fordokon sajnos van ilyen „keverés”. Előírás lehet az is, hogy csak környezeti hőmérsékletre lehűlt motornál lehet a kódbeadást megadni. A lényeg, mint mindig „Nem rutinból, hanem kottából!”. Vigyázzunk, hogy ne keverjük a beírásnál a nullát és az O betűt!
Az új kód bevitele után néhány gyártónál még szükséges rövid országúti menet, hogy például a pilotbefecskendezés is helyreálljon.
Mit eredményez a kódolás? Ettől lesz finom a motorjárás, kedvezően hat a fogyasztásra, dinamikára, füstölésre. Autószerelők mondták korábban, az első kódolási előírások megjelenésekor, hogy nincs érezhető hatása, nem rabolják az idejüket a kódolással. Igazuk is lehetett, lásd az egypontos „emissziós illesztést”. Mára nagyot változott a világ: a kódolatlanság, félrekódolás érezhető motorjárási rendellenességet von maga után. Csak kódolással lesz járóbetegből jó motor.
tags: #common #rail #dízel #befecskendező #kódolás #működése